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1、第1章金属切削加工基础知识本章要点本章要点切削运动与切削要素切削运动与切削要素金属切削机床金属切削机床刀具刀具金属切削过程金属切削过程1一、机床传动的基本组成部分一、机床传动的基本组成部分 机床的传动必须具备以下的三个基本部分：机床的传动必须具备以下的三个基本部分：执行件执行件：执行机床运动的部件。常用执行件有主轴、刀架、：执行机床运动的部件。常用执行件有主轴、刀架、工作台等，是传递运动的末端件。工作台等，是传递运动的末端件。运动源运动源：为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，：为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，如交流异步电动机、直流电动机、直流和交流伺服电动机、如交流异步电动
2、机、直流电动机、直流和交流伺服电动机、步进电动机、交流变频调速电动机等。步进电动机、交流变频调速电动机等。传动件传动件：传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、带轮、：传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、带轮、丝杠、螺母等，除机械传动外，还有液压传动和电气传动丝杠、螺母等，除机械传动外，还有液压传动和电气传动元件等。元件等。 1.9.1 1.9.1 传动链传动链1.9 1.9 金属切削机床的传动方式金属切削机床的传动方式2二、机床的传动链二、机床的传动链 把运动源和执行件或执行件之间联系起来的一系列顺序把运动源和执行件或执行件之间联系起来的一系列顺序排列的传动件，构成了一个传动联系，称其为排列的传
3、动件，构成了一个传动联系，称其为传动链。传动链。传动链两端的元件称为传动链两端的元件称为末端件。末端件。根据传动链的性质，传动链可分为两类：根据传动链的性质，传动链可分为两类： 外联系传动链：外联系传动链：联系运动源与执行件的传动链，称为外联系运动源与执行件的传动链，称为外联系传动链。联系传动链。如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链内联系传动链：内联系传动链：联系两个执行件，以形成复合成形运动联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。的传动链，称为内联系传动链。如滚齿机的范成运动传动链也属于内联系传动链。如滚齿机的范成运动传动
4、链也属于内联系传动链。 1.9.1 1.9.1 传动链传动链3外联系传动链：外联系传动链：运动源运动源执行件执行件 联联系系动动源源和和机机床床执执行行件件，使使执执行行件件得得到到运运动动，并并能能改改变变运运动动的的速速度度和和方方向向，但但不不要要求求运运动动源源和和执执行行件件之之间间有严格的传动比关系。有严格的传动比关系。 例例如如：车车螺螺纹纹时时，从从电电机机到到车车床床主主轴轴的的传传动动链链就就是是外外联联系系传传动动键键，它它只只决决定定车车螺螺纹纹速速度度的的快快慢慢，而而不不影影响螺纹表面的成形。响螺纹表面的成形。 1.9.1 1.9.1 传动链传动链二、机床的传动链二
5、、机床的传动链 4外联系传动链外联系传动链 5内联系传动链内联系传动链：执行件：执行件执行件执行件 联联系系复复合合运运动动之之内内的的各各个个分分解解部部分分，传传动动链链所所联联系系的的执执行行件件相相互互之之间间的的相相对对速速度度（及及相相对对位位移移量量）有有严严格格的的要求，用来保证运动的轨迹要求，用来保证运动的轨迹。 例例如如：车车螺螺纹纹时时，为为保保证证所所需需螺螺纹纹的的导导程程大大小小，主主轴轴（工工件件）转转一一周周时时，车车刀刀必必须须沿沿工工件件轴轴向向移移动动一一个个导导程程。联联系系主主轴轴刀刀架架之之间间的的螺螺纹纹传传动动链链，就就是是一一条条传传动动比比有
6、有严格要求的内联系传动键。严格要求的内联系传动键。 1.9.1 1.9.1 传动链传动链二、机床的传动链二、机床的传动链 6内联系传动链内联系传动链车床上车单头螺纹时的内联系。车床上车单头螺纹时的内联系。内联系传动链内联系传动链由由3 3对齿对齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴与刀架联轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴与刀架联系起来系起来，保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程，保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程，从而将两个单元运动，即主轴旋转从而将两个单元运动，即主轴旋转n1 n1 和刀架纵向移动和刀架纵向移动n2 n2 ，组成复合运动（，组成复合运动（n1 n2n1 n2）。
7、）。 7再再如如：用用齿齿轮轮滚滚刀刀加加工工直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮时时，滚滚刀刀转转1/1/K K转转时时（K K是是滚滚刀刀头头数数），工工件件就就必必须须转转1/1/Z Z转转（Z Z为为齿齿轮轮齿齿数数）。联联系系滚滚刀刀旋旋转转B B1111和和工工件件旋旋转转B B1212的的传传动动链链必必须须保保证证严严格格的的运运动动关关系系。所所以以也也是是内内联联系系传传动链。动链。v由由此此可可见见：内内联联系系传传动动链链中中，各各传传动动副副的的传传动动比比必必须须准准确确不不变变，不不应应有有摩摩擦擦传传动动或或是是瞬瞬时时传传动动比比变变化化的传动件（如链传动）。的传动件（如
8、链传动）。内联系传动链内联系传动链8例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母母线线渐渐开开线线，展展成成法法，需需一一个个复复合合成成形形运运动动，分分解解为为滚滚刀刀旋旋转转B B1111和和工工件件旋旋转转B B1212，它它们们之之间间保保持持严严格格的的相相对对运运动动关关系系：滚滚刀刀每每转转1/1/K K（K K滚滚刀刀头头数数）转转（B B1111），工工件件转转过过1/1/Z Z（Z Z齿轮齿数）转即一个齿（齿轮齿数）转即一个齿（B B1212）；）；导导线线直直线线，相相切切法法，需需2 2个个独独立立的的成成形形运运动动，即即滚滚刀刀旋旋转转运
9、运动动和和滚滚刀刀沿沿工工件件轴轴向向移移动动A A2 2。其其中中滚滚刀刀的的旋旋转转运运动动与与展展成成运动的一部分运动的一部分B B1111重合；重合； （滚滚刀刀旋旋转转B B1111是是主主运运动动，工工件件旋旋转转B B1212和和滚滚刀刀沿沿工工件件轴轴向移动向移动A A2 2都是进给运动）都是进给运动） 故故成成形形运运动动的的总总数数只只有有2 2个个：一一个个是是复复合合成成形形运运动动（B B1111和和B B1212），），另一个是简单成形运动另一个是简单成形运动A A2 2。9二、机床的传动链二、机床的传动链 把运动源和执行件或执行件之间联系起来的一系列顺序把运动源和
10、执行件或执行件之间联系起来的一系列顺序排列的传动件，构成了一个传动联系，称其为排列的传动件，构成了一个传动联系，称其为传动链。传动链。传动链两端的元件称为传动链两端的元件称为末端件。末端件。根据传动链的功用，传动链可分为两类：根据传动链的功用，传动链可分为两类： 主运动传动链：主运动传动链：进给运动传动链进给运动传动链 1.9.1 1.9.1 传动链传动链10传动链中通常包括传动链中通常包括两类传动机构两类传动机构: :定比传动机构定比传动机构 传动比传动比和和传动方向固定不变传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等换
11、置机构换置机构 根据加工要求可根据加工要求可变换传动比变换传动比和和传动方向传动方向的传动机构，的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。 二、机床的传动链二、机床的传动链 1.9.1 1.9.1 传动链传动链1113在机床的运动分析中，为了便于分析机床运动和传动联系，常用一些在机床的运动分析中，为了便于分析机床运动和传动联系，常用一些简明的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系，简明的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系，这就是传动原理图这就是传动原理图 传动原理常使用的部分符号传动原
12、理常使用的部分符号 1.9.2 1.9.2 机床传动原理图机床传动原理图14传动原理图表示了机床传传动原理图表示了机床传动的最基本特征。因此，动的最基本特征。因此，用它来分析、研究机床运用它来分析、研究机床运动时，最容易找出两种不动时，最容易找出两种不同类型机床的最根本区别，同类型机床的最根本区别，对于同一类型机床来说，对于同一类型机床来说，不管它们具体结构有何明不管它们具体结构有何明显的差异，它们的传动原显的差异，它们的传动原理图却是完全相同的理图却是完全相同的。并不表达实际传动机构的种类和数量并不表达实际传动机构的种类和数量 1.9.2 1.9.2 机床传动原理图机床传动原理图151617
13、传动比传动比u u：Z1/Z2u =n2/n1n2=n1Z1/Z2主动轮主动轮从动轮从动轮 1.9.3 1.9.3 传动比传动比速比速比i i：K / Zu=传动比传动比u u：K 蜗杆的线数蜗杆的线数Z 蜗轮的齿数蜗轮的齿数涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动 1.9.3 1.9.3 传动比传动比19齿条移动速度：齿条移动速度：n nv v-与齿条啮合的齿轮的转速与齿条啮合的齿轮的转速, r/min ;, r/min ;m m-齿条、齿轮模数，齿条、齿轮模数，mm ; mm ; z z-齿轮齿数齿轮齿数p p-齿条齿距齿条齿距,mm,mm。(mm/s) 1.9.3 1.9.3 传动比传动比20螺母移动速
14、度：螺母移动速度：n nv v-丝杠转速丝杠转速, r/min ;, r/min ;p p-单头螺杆螺距单头螺杆螺距,mm,mm。(mm/s)丝杠螺母传动丝杠螺母传动 1.9.3 1.9.3 传动比传动比21一、机床传动系统图一、机床传动系统图为了清晰地表示机床传动系统中各个零件及其相互连接关系，为了清晰地表示机床传动系统中各个零件及其相互连接关系，按照国家标准规定的图形符号画出机床各个传动链的按照国家标准规定的图形符号画出机床各个传动链的综合简图，称为综合简图，称为机床传动系统图机床传动系统图。 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图 除成形运动外，还有下列运动：除成形运动
15、外，还有下列运动：（1 1）分度运动）分度运动（2 2）切入运动）切入运动（3 3）辅助运动）辅助运动 进刀、退刀、回程和转位等进刀、退刀、回程和转位等（4 4）操纵及控制运动）操纵及控制运动 操纵离合器、改变速度、进给量等操纵离合器、改变速度、进给量等传动系统图中：罗马数字表示传动轴的编号，传动系统图中：罗马数字表示传动轴的编号，阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母M M表示离合器等。表示离合器等。22它比传动原理图更准确、更清楚、更全面地反映了机床它比传动原理图更准确、更清楚、更全面地反映了机床的传动关系。在图中用简单的规定符号代表各种传动元的传动关
16、系。在图中用简单的规定符号代表各种传动元件；件；机床的传动系统画在一个能反映机床的传动系统画在一个能反映机床外形和各主要部件机床外形和各主要部件相互位置相互位置的投影面上，并尽可能绘制在机床外形的轮廓的投影面上，并尽可能绘制在机床外形的轮廓线内。图中的各传动元件是线内。图中的各传动元件是按照运动传递的先后顺序，按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的以展开图的形式画出来的。该图只表示传动关系，并不该图只表示传动关系，并不代表各传动元件的实际尺寸和空间位置代表各传动元件的实际尺寸和空间位置。 一、机床传动系统图一、机床传动系统图 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图23
17、机床的传动系统机床的传动系统24空套连接普通平键连接导向平键连接花键连接二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图25二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4
18、 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图二、机床常用传动件的简图符号二、机床常用传动件的简图符号 1.9.4 1.9.4 机床的传动系统图机床的传动系统图 1.9.5 1.9.5 转速图与传动结构式转速图与传动结构式主运动传动路线表达式：主运动传动路线
19、表达式：=电动机33/2219/34 34/3222/4528/39 176/200 M1右移M1左移27/2727/63 17/58主轴 (1440r/min)144033/2234/32176/20027/27=1980(r/min)n主min=144019/3422/45176/20027/6317/58=43(r/min)n主max主轴转速的计算：主轴转速的计算：36为了表达传动链两个末端件计算位移之间的数值关系，将为了表达传动链两个末端件计算位移之间的数值关系，将传动链内各传动副的传动比相连乘组成一个等式，称为运动平衡式传动链内各传动副的传动比相连乘组成一个等式，称为运动平衡式 1.
20、9.6 1.9.6 运动平衡式运动平衡式主轴转速的计算：主轴转速的计算：=144033/2234/32176/20027/27=1980(r/min)n主min=144019/3422/45176/20027/6317/58=43(r/min)n主max37图中，运动自轴图中，运动自轴输输入，转速为，经带轮、入，转速为，经带轮、传动带和带轮传至轴传动带和带轮传至轴。再经圆柱齿轮。再经圆柱齿轮1 1、2 2传到轴传到轴，经圆锥齿，经圆锥齿轮轮3 3、4 4传到轴传到轴，经，经圆柱齿轮圆柱齿轮5 5、6 6传到轴传到轴，最后经蜗杆及蜗，最后经蜗杆及蜗轮轮7 7传至轴传至轴，并将运，并将运动输出。动
21、输出。图 传动链图例3839机床的传动系统机床的传动系统40蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和动力的，蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和动力的，它由蜗杆和蜗轮组成。一般其轴交错角它由蜗杆和蜗轮组成。一般其轴交错角等于等于90。蜗杆与螺旋相似，有右旋和左旋之分，一般都用右旋蜗杆，蜗杆螺旋齿的导程角（螺旋升角）g=901(见图5-42)。当蜗杆传动的轴交错角90时，蜗轮的螺旋角2=g。蜗杆上只有一条螺旋线，即端面上只有一个齿的蜗杆称为单头蜗杆。有两条螺旋线者，称为双头蜗杆，蜗杆螺纹的头数即是蜗杆齿数，用z1表示，一般可取z1=110，推荐取z1=1，2，4，6。根据蜗杆的外形不同，可有圆柱蜗杆传动(图5-43)和环面(圆弧面)蜗杆传动(图5-44)等传动类型。圆柱蜗杆的齿顶位于圆柱面上，而环面蜗杆的齿顶位于圆弧回转面上。环面蜗杆传动比圆柱蜗杆传动的承载能力大而且效率高，但其制造和安装精度要求高，成本也高。本节仅讨论圆柱蜗杆。41
